1.3 VR技术的应用领域

1.医学

VR技术在医学方面的应用具有十分重要的现实意义。在虚拟环境中，可以建立虚拟的人体模型，借助于跟踪球、HMD、感觉手套，学生可以轻松了解人体内部各器官结构，这比现有的采用教科书的方式要有效得多。Pieper及Satara等研究者在20世纪90年代初基于两个SGI工作站建立了一个虚拟外科手术训练器，用于腿部及腹部外科手术模拟训练。这个虚拟环境包括虚拟的手术台与手术灯、虚拟的外科手术工具（如手术刀、注射器、手术钳等）、虚拟的人体模型与器官等。借助于HMD 及感觉手套，使用者可以对虚拟的人体模型进行手术（见图1-21）。另外，在手术后果预测及改善残疾人生活状况，乃至新型药物的研制等方面，VR技术都有十分重要的意义。

在医学院校，学生可在虚拟实验室中进行解剖和各种手术练习。使用VR技术，由于不受标本、场地等的限制，所以培训费用大大降低。一些用于医学培训、实习和研究的虚拟现实系统，仿真程度非常高，其优越性和效果是不可估量和不可比拟的。例如，导管插入动脉的模拟器，可以使学生反复实践导管插入动脉时的操作；眼睛手术模拟器，根据人眼的前眼结构创造出三维立体图像，并带有实时的触觉反馈，学生利用它可以观察模拟移去晶状体的全过程，并观察到眼睛前部结构的血管、虹膜和巩膜组织及角膜的透明度等。

2.艺术

作为传输显示信息的媒体，VR技术在未来艺术领域中所具有的潜在应用能力也不可低估。VR所具有的临场参与感与交互能力可以将静态的艺术（如油画、雕刻等）转化为动态的，可以使观赏者更好地欣赏作者的思想艺术。音乐会和演唱会也可以利用VR的形式进行表演，观看者在家中便可以体会到临场的参与感。

对艺术的潜在应用价值同样适用于教育，比如解释一些抽象的概念（如量子物理），VR是非常有力的工具。Lofin等人在1993年建立了一个“虚拟的物理实验室”，用于解释某些物理概念，如位置与速度、力量与位移等。

3.军事航天

模拟训练一直是军事与航天工业中的一个重要课题，这为VR提供了广阔的应用前景。美国国防部高级研究计划署自 20 世纪 80 年代起一直致力于研究被称为 SIMNET的虚拟战场系统，以提供坦克协同训练。该系统可联结200多台模拟器。另外，利用VR技术可模拟零重力环境，以代替非标准的水下训练宇航员的方法。

4.室内设计

虚拟现实不仅仅是一个演示媒体，而且还是一个设计工具。它以视觉形式反映了设计者的思想，比如在装修房屋之前，首先要做的事是对房屋的结构、外形进行细致的构思，为了使之定量化，还需设计许多图纸，当然这些图纸只有内行人能读懂。虚拟现实技术可以把这种构思变成看得见的虚拟物体和环境，将以往传统的设计模式提升到数字化的即看即所得的完美境界，大大提高了设计和规划的质量与效率。运用虚拟现实技术，设计者可以完全按照自己的构思去构建和装饰虚拟的房间，并可以任意变换自己在房间中的位置去观察设计的效果，直到满意为止（见图1-22）。

5.房地产开发

随着房地产行业竞争的加剧，传统的展示手段，如平面图、表现图、沙盘、样板房等已经远远无法满足消费者的需求，如今我们可以利用虚拟现实技术整合影视广告、动画、多媒体、网络科技等形式，打造全新的房地产营销展示方式。利用VR展示可对项目周边配套、红线以内建筑和总平、内部业态分布等进行详细剖析，由外而内表现项目的整体风格，并可通过鸟瞰、内部漫游、自动动画播放等形式对项目进行逐一表现，增强了讲解过程的完整性和趣味性。

6.工业仿真

当今世界工业已经发生了巨大的变化，大规模人海战术早已不再适用于工业的发展，先进科学技术的应用显现出巨大的威力，特别是虚拟现实技术的应用，正在对工业进行着一场前所未有的革命。虚拟现实技术已经被世界上一些大型企业广泛地应用到工业的各个环节中，对企业提高开发效率，加强数据采集、分析、处理能力，减少决策失误，降低企业风险起到了重要的作用。虚拟现实技术的引入，将使工业设计的手段和思想发生质的飞跃，更加符合社会发展的需要。可以说，在工业设计中，应用虚拟现实技术是可行且必要的。

工业仿真系统不是简单的场景漫游，而是真正意义上用于指导生产的仿真系统，它结合用户业务层功能和数据库数据组建一套完全的仿真系统，可组建B/S、C/S两种架构的应用，可与企业ERP、MIS系统无缝对接，支持SQL Server、Oracle、MySQL等主流数据库。工业仿真所涵盖的范围很广，从简单的单台工作站上的机械装配到多人在线协同演练系统（见图1-23）。

7.应急推演

防患于未然，是各行各业尤其是具有一定危险性的行业（消防、电力、石油、矿产等）关注的重点，如何确保在事故来临之时做到将损失降到最小，定期执行应急推演是传统并有效的一种防患方式。但其弊端也相当明显，即投入成本高，每次应急推演都要投入大量的人力、物力，因此不可能频繁执行。虚拟现实技术的引入为应急推演提供了一种全新的开展模式，将事故现场模拟到虚拟场景中去，在这里人为制造各种事故情况，组织参演人员做出正确响应。这样的应急推演大大降低了投入成本，增加了应急推演实训时间，从而保证人们在面对事故灾难时可以熟练使用应对技能，并且可以打破空间的限制，方便组织各地人员进行应急推演。这样的案例已有应用，必将是今后应急推演的一个趋势。

8.文物古迹

利用虚拟现实技术，结合网络技术，可以将文物的展示、保护提高到一个崭新的阶段。首先表现在通过影像数据采集手段，针对文物实体建立实物三维或模型数据库，保存文物原有的各项数据和空间关系等重要资源，实现濒危文物资源的科学、高精度和永久保存。其次，利用这些技术来提高文物修复的精度和预先判断、选取将要采用的保护手段，同时可以缩短修复工期。通过计算机网络来整合统一大范围内的文物资源，并且通过网络在大范围内利用虚拟现实技术更加全面、生动、逼真地展示文物，从而使文物脱离地域限制，实现资源共享，真正成为全人类可以“拥有”的文化遗产。使用虚拟现实技术可以推动文博行业更快地进入信息时代，实现文物展示和保护的现代化（见图1-24）。

9.虚拟游戏

虚拟游戏既是虚拟现实技术重要的应用方向之一，也对虚拟现实技术的快速发展起到了巨大的需求牵引作用。尽管存在众多的技术难题，但虚拟现实技术仍在竞争激烈的游戏市场中得到了越来越多的重视和应用。可以说，自电脑游戏产生以来，一直都在朝着虚拟现实的方向发展，虚拟现实技术发展的最终目标已经成为三维游戏工作者的崇高追求。从最初的文字MUD游戏，到二维游戏、三维游戏，再到网络三维游戏，游戏在保持其实时性和交互性的同时，逼真度和沉浸感正在一步步地提高和加强。我们相信，随着三维技术的快速发展和软硬件技术的不断进步，在不远的将来，真正意义上的虚拟现实游戏必将为人类娱乐、教育和经济发展做出新的、更大的贡献。

10.道路桥梁

城市规划一直是对全新的可视化技术需求尤为迫切的领域之一，虚拟现实技术可以广泛地应用在城市规划的各个方面，并带来切实且可观的利益。虚拟现实技术在道路桥梁及高速公路与桥梁建设中也得到了应用。道路桥梁设计需要同时处理大量的三维模型与纹理数据，这需要很高的计算机性能作为后台支持，随着近些年来计算机软硬件技术的提高，一些原有的技术瓶颈得到了解决，使虚拟现实技术的应用得到了前所未有的发展。

在我国，许多学院和机构也一直在从事这方面的研究，三维虚拟现实平台软件可广泛地应用于桥梁道路设计等行业。该软件适用性强、操作简单、功能强大、高度可视化、所见即所得，它的出现将给正在发展的VR产业注入新的活力。虚拟现实技术在高速公路和桥梁建设方面有着非常广阔的应用前景，可由后台置入稳定的数据库信息，便于大众对各项技术指标进行实时查询，周边再辅以多种媒体信息，从而实现演示场景中的导航、定位与背景信息介绍等诸多实用、便捷的功能。

11.地理

应用虚拟现实技术，将三维地面模型、正射影像和城市街道、建筑物及市政设施的三维立体模型融合在一起，再现城市建筑及街区景观，用户在显示屏上可以很直观地看到生动逼真的城市街道景观，可以进行诸如查询、量测、漫游、飞行浏览等一系列操作，满足数字城市技术由二维 GIS 向三维虚拟现实的可视化发展的需要，为城建规划、社区服务、物业管理、消防安全、旅游交通等提供可视化空间地理信息服务。

电子地图技术是集地理信息系统技术、数字制图技术、多媒体技术和虚拟现实技术等多项现代技术为一体的综合技术。电子地图是一种以可视化的数字地图为背景，以文本、照片、图表、声音、动画、视频等多媒体为表现手段展示城市、企业、旅游景点等区域综合面貌的现代信息产品（见图1-25）。由于电子地图产品结合了数字制图技术的可视化功能、数据查询与分析功能，以及多媒体技术和虚拟现实技术的信息表现手段，加上现代电子传播技术的作用，使得它在未来发展中能发挥巨大作用。

12.水文地质

虚拟现实技术是利用计算机生成的虚拟环境逼真地模拟人在自然环境中的视觉、听觉、运动等行为的人机界面的新技术。利用虚拟现实技术沉浸感、与计算机的交互功能和实时表现功能，建立相关的地质、水文地质模型和专业模型，进而实现对含水层结构、地下水流、地下水质和环境地质问题（例如地面沉降、海水入侵、土壤沙化、盐渍化、沼泽化及区域降落漏斗扩展趋势）的虚拟表达。具体实现步骤包括建立虚拟现实数据库、三维地质模型、地下水水流模型、专业模型和实时预测模型。

13.生物力学

生物力学仿真就是应用力学原理和方法并结合虚拟现实技术，对生物体中的力学原理进行虚拟分析与仿真研究。利用虚拟仿真技术研究和表现生物力学，不但可以提高运动物体的真实感，满足运动生物力学专家的计算要求，还可以大大节约研发成本，降低数据分析的难度，提高研发效率。这一技术现已广泛应用于外科医学、运动医学、康复医学、人体工程学、创伤与防护学等领域。

人体中各个骨骼、关节及肌肉都有一个特定的长度及自由度，而数字人体中的任何一个数据的变化都会对若干相关部件产生影响。结合数据可视化技术，以一种更形象、更直观的方式展现人体各关节的数据结构及相对运动关系，研究者可据此轻松读懂烦琐的数据，从而实现力学相互作用关系研究的便捷化、可视化（见图1-26）。

通过对人体骨骼及人体关节之间相互作用关系的分析，结合人机工程学原理，利用计算机技术计算和分析数据，依据计算结果为运动员、战士、病人等群体制定灵活科学的运动方案，合理指导各种训练活动。此外，还可以据此分析出相关疾病（如颈椎病、骨折、腰肌劳损等）产生的原因及有效的康复方法，设计出更为科学、有效的运动保健器材。

14.数字地球

数字地球建设是一场意义深远的科技革命，也是地球科学研究的一场纵深变革。人类迫切需要更深入地了解地球，进而管理好地球。拥有数字地球等于占据了现代社会的信息战略制高点。从战略角度来说，数字地球是全球性的科技发展战略目标，数字地球是未来信息资源的综合平台和集成，现代社会拥有信息资源的重要性更甚于工业经济社会拥有自然资源的重要性。而从科技角度来分析，数字地球是国家的重要基础设施，是遥感、地理信息系统、全球定位系统、互联网—万维网、仿真与虚拟现实技术等的高度综合与升华，是人类定量化研究地球、认识地球、科学利用地球的先进工具。